半導體雷射器多路集成封裝結構的製作方法
2023-05-03 13:21:46 3
本發明涉及一種半導體雷射器封裝技術，尤其涉及一種半導體雷射器多路集成封裝結構。
背景技術：
半導體雷射器具有光電轉換效率高、壽命長、體積小等優點，在雷射泵浦、工業加工、醫療設備、軍事工業等方面有著廣泛的應用；現有技術在對半導體雷射器進行封裝時，一般針對每個半導體雷射器都進行獨立封裝，當需要多個半導體雷射器同時提供多路雷射輸出時，一般將多個獨立封裝好的半導體雷射器固定在同一散熱面上；存在的問題是：現有技術在將多個半導體雷射器進行集成時，各個半導體雷射器都已預先進行了獨立封裝，集成後，裝置的體積較大，應用方式十分受限。
技術實現要素：
針對背景技術中的問題，本發明提出了一種半導體雷射器多路集成封裝結構，其創新在於：所述半導體雷射器多路集成封裝結構由管殼、散熱底板、蓋板和多個半導體雷射器單元組成；
所述管殼為口字形結構，管殼下端與散熱底板上端面連接，管殼和散熱底板所圍成的凹槽形成安裝腔，安裝腔一側的管殼上設置有多個光纖套孔，多個光纖套孔沿水平方向等間距分布，多個光纖套一一對應地套接在光纖套孔內，光纖套的外端從管殼外表面上凸起，光纖套的內端與管殼內壁齊平；安裝腔另一側的管殼上設置有多個引線孔，多個引線孔的位置與多個光纖套孔一一對應，每個引線孔內均設置有一電極引線，電極引線的中部與引線孔固定連接；
所述半導體雷射器單元由過渡熱沉、工字形支架、雷射器晶片、晶片熱沉、兩根光纖插針、兩個Ω形支架、傳輸光纖和過渡電極組成；所述過渡熱沉上端面的一側形成晶片安裝面，過渡熱沉上端面的另一側設置有直角缺口，直角缺口的底面形成支架安裝面；所述過渡電極和晶片熱沉均焊接在晶片安裝面上，過渡電極位於晶片安裝面的外側，晶片熱沉位於晶片安裝面的內側，過渡電極和晶片熱沉之間留有間隙；雷射器晶片焊接在晶片熱沉的上端面上，雷射器晶片與過渡電極之間通過外接引線連接；所述工字形支架焊接在支架安裝面上，兩個Ω形支架分別焊接在工字形支架的兩個橫梁上，Ω形支架的內孔和所述橫梁上端面所圍區域形成插針孔，兩根光纖插針分別套接在兩個插針孔內，兩根光纖插針之間留有間隔，光纖插針的軸向與雷射器晶片相對，位於內側的光纖插針記為內插針，位於外側的光纖插針記為外插針，內插針的內端延伸至靠近雷射器晶片的位置處，內插針和雷射器晶片之間留有間隙，外插針的外端延伸至過渡熱沉的外側；所述傳輸光纖的內端依次穿過兩個光纖插針的內孔後與雷射器晶片耦合；
安裝腔內位置相對的光纖套孔和引線孔之間的區域形成一個雷射器安裝位，多個半導體雷射器單元一一對應地設置在多個雷射器安裝位上，半導體雷射器單元上過渡電極所在那端與引線孔相對，半導體雷射器單元與散熱底板焊接固定，外插針的外端套接在光纖套內，外插針和光纖套之間焊接固定，電極引線的內端與過渡電極之間通過外接引線連接；所述蓋板將管殼上端的開口處封閉。
前述結構中，雷射器晶片上的熱量通過晶片熱沉和過渡熱沉傳遞至散熱底板上並向外導出，內插針用於對傳輸光纖的內端進行定位，保證傳輸光纖和雷射器晶片之間的耦合精確性（耦合操作在製作半導體雷射器單元的過程中進行），外插針用於固定傳輸光纖中部，外插針和內插針相互獨立，在對外插針進行操作時，不會影響傳輸光纖和雷射器晶片之間的耦合精確性；採用本發明方案後，各個半導體雷射器單元單獨製作、單獨檢測，檢測合格後，多個半導體雷射器單元通過安裝腔整體封裝，操作簡便、成本較低，可有效減小裝置體積；
為便於本領域技術人員實施，發明人還將一些技術要點說明如下：為保證傳輸光纖和雷射器晶片之間的耦合穩定性，需要通過Ω形支架將內插針牢固固定，目前最優的連接方式是採用雷射焊接工藝焊接，為保證散熱性，最好採用無氧銅來製作熱沉結構，而無氧銅不適合進行雷射焊接，因此，建議在具體實施本發明時，採用金屬鎳或可伐合金來製作工字形支架，採用無氧銅來製作過渡熱沉，過渡熱沉和工字形支架之間採用高溫釺焊工藝用高溫焊料焊接，Ω形支架和工字形支架之間通過雷射焊工藝焊接；另外，晶片熱沉和雷射器晶片之間以及過渡熱沉和晶片熱沉之間均需通過釺焊工藝焊接，而且兩個焊接部位較為接近，為避免在後的焊接操作對在前的焊接結構造成影響，此處可採用分級釺焊工藝進行操作，即先對晶片熱沉和雷射器晶片進行焊接，焊接時採用焊接溫度較高的硬焊料，然後再對過渡熱沉和晶片熱沉進行焊接操作，過渡熱沉和晶片熱沉之間採用焊接溫度較低的軟焊料進行焊接。
本發明的有益技術效果是：提供了一種半導體雷射器多路集成封裝結構，該結構操作簡便、成本較低、結構穩定性好、封裝體積較小。
附圖說明
圖1、本發明的結構示意圖（圖中未示出蓋板和外接引線）；
圖2、半導體雷射器單元結構示意圖；
圖3、過渡熱沉和工字形支架連接結構示意圖；
圖中各個標記所對應的名稱分別為：管殼1、散熱底板2、光纖套1-1、電極引線1-2、過渡熱沉3、工字形支架4、雷射器晶片5、晶片熱沉6、光纖插針7、Ω形支架8、傳輸光纖9、過渡電極10、半導體雷射器單元A。
具體實施方式
一種半導體雷射器多路集成封裝結構，其創新在於：所述半導體雷射器多路集成封裝結構由管殼1、散熱底板2、蓋板和多個半導體雷射器單元組成；
所述管殼1為口字形結構，管殼1下端與散熱底板2上端面連接，管殼1和散熱底板2所圍成的凹槽形成安裝腔，安裝腔一側的管殼1上設置有多個光纖套孔，多個光纖套孔沿水平方向等間距分布，多個光纖套1-1一一對應地套接在光纖套孔內，光纖套1-1的外端從管殼1外表面上凸起，光纖套1-1的內端與管殼1內壁齊平；安裝腔另一側的管殼1上設置有多個引線孔，多個引線孔的位置與多個光纖套孔一一對應，每個引線孔內均設置有一電極引線1-2，電極引線1-2的中部與引線孔固定連接；
所述半導體雷射器單元由過渡熱沉3、工字形支架4、雷射器晶片5、晶片熱沉6、兩根光纖插針7、兩個Ω形支架8、傳輸光纖9和過渡電極10組成；所述過渡熱沉3上端面的一側形成晶片安裝面，過渡熱沉3上端面的另一側設置有直角缺口，直角缺口的底面形成支架安裝面；所述過渡電極10和晶片熱沉6均焊接在晶片安裝面上，過渡電極10位於晶片安裝面的外側，晶片熱沉6位於晶片安裝面的內側，過渡電極10和晶片熱沉6之間留有間隙；雷射器晶片5焊接在晶片熱沉6的上端面上，雷射器晶片5與過渡電極10之間通過外接引線連接；所述工字形支架4焊接在支架安裝面上，兩個Ω形支架8分別焊接在工字形支架4的兩個橫梁上，Ω形支架8的內孔和所述橫梁上端面所圍區域形成插針孔，兩根光纖插針7分別套接在兩個插針孔內，兩根光纖插針7之間留有間隔，光纖插針7的軸向與雷射器晶片5相對，位於內側的光纖插針7記為內插針，位於外側的光纖插針7記為外插針，內插針的內端延伸至靠近雷射器晶片5的位置處，內插針和雷射器晶片5之間留有間隙，外插針的外端延伸至過渡熱沉3的外側；所述傳輸光纖9的內端依次穿過兩個光纖插針7的內孔後與雷射器晶片5耦合；
安裝腔內位置相對的光纖套孔和引線孔之間的區域形成一個雷射器安裝位，多個半導體雷射器單元一一對應地設置在多個雷射器安裝位上，半導體雷射器單元上過渡電極10所在那端與引線孔相對，半導體雷射器單元與散熱底板2焊接固定，外插針的外端套接在光纖套1-1內，外插針和光纖套1-1之間焊接固定，電極引線1-2的內端與過渡電極10之間通過外接引線連接；所述蓋板將管殼1上端的開口處封閉。
為最大限度地保證耦合精確性，半導體雷射器單元封裝前，半導體雷射器單元上的各種部件都已預先安裝好了，為保證外插針與光纖套1-1的連接穩定性，半導體雷射器單元安裝到位後，外插針的一部分需伸入到光纖套1-1內，這就需要半導體雷射器單元的總長度略長於雷射器安裝位的長度，如圖1所示，安裝時，先將半導體雷射器單元略微傾斜，然後先將外插針插入光纖套1-1內，然後再將半導體雷射器單元放平，為避免安裝時過渡熱沉3與散熱底板2發生幹涉，過渡熱沉3上與外插針對應的端部下側還作了倒圓角處理。